如何在STM32上实现USB主机读写U盘文件

在项目应用中，经常会有对外交换数据的需求。USB接口读写U盘无疑是一种颇为方便的选择。在这一篇中，我们就来讨论如何在STM32上实现USB主机读写U盘文件的方法。

1、应用概述

  在我们的产品上有这样一个需求，希望通过大容量的U盘存取数据。我们来分析一下这个需求的具体内容。

  首先在硬件上我们需要有相应的USB端口，这一点在产品设计时就已经考虑并实现，所以硬件方面我们就不再过多的表述。

  其次我们需要为这个USB的硬件接口编写驱动，就是实现USB端口的底层操作，如IO配置、终端处理等，这是移植的主要工作。

  再者我们需要移植面向大容量存储的USB Host库，这也是我们需要做的工作之一。其实USB主机库本身并不需要我们做什么，但我们要清楚它需要我们提供些什么。

  最后我们还要实现一个应用层操作，它将用于实现我们的读写数据的最终目标。在开发过程中这其实是重点工作，但在这篇文章中他不是重点。我们主要是要实现USB主机库面向大容量存储设备的移植问题。

2、USB库的移植

  在这个产品中使用的是STM32F407作为控制单元，所以我们使用STM32的USB主机库来实现。接下来就看一看STM32的USB主机库移植问题。我们使用STM32CubeMX来实现USB的相关配置。

  第一步，我们来配置USB的连接端口，我们连接中找到USB_OTG_FS，在右侧的选项中选择Host_Only，如下图所示：

  然后在Middleware中找到USB_HOST，并在右侧“Class for FS IP”中选择“Mass Storage Host Class”配置为大容量存储设备。如下图所示：

  接着在Middleware中找到FATFS，并在右侧选中“USB Disk”。下方的参数中，将CODE_PAGE设置为简体中文。具体如下图所示：

  最后需要在终端中将USB的全局中断选中，并设定中断级别，具体如下图所示：

  中断必须打开，中断级别可以根据需要设置。中断会监测USB的状态，所以中断不打开，USB库无法工作。完成上述配置后就可以生成源码了，然后在此基础上进一步开发。

  对于STM32的USB主机库的移植有两个文件是必须要写的，就是usbh_conf.c和usbh_conf.h文件。这两个文件文件实现USB的基础配置，以及库需要调用的基础函数。在我们使用STM32CubeMX来配置和建立项目时，usbh_conf.c和usbh_conf.h文件也一并生成好了，不需要我们再去单独编写这些平台相关的函数。

3、应用实现

  因为使用STM32CubeMX来配置和建立项目的缘故，使得USB主机库的移植非常简单，但我们还需要编写应用层的代码。应用层代码主要实现两个方面的内容：一是编写主机库需要回调的获取USB状态的函数；二是轮询处理主机库中的USBH_Process函数以及我们需要处理的工作。

  首先来看应用处理回调函数。这个函数是主机库所要求的，用于处理与用户应用相关的操作，这个函数的原型如下：

  void (*pUsrFunc)(USBH_HandleTypeDef *phost, uint8_t id)

  如果我们的操作比较简单，我们可以在这个函数中直接完成，在测试时比骄傲方便，在复杂一点的应用中不建议这么做。在这里我们实现这个函数如下：

/* USB应用处理回调函数 */
static void USBH_UserProcess (USBH_HandleTypeDef *phost, uint8_t id)
{
  
  switch(id)
  {
  case HOST_USER_SELECT_CONFIGURATION:
​    break;
​    
  case HOST_USER_DISCONNECTION:
​    Appli_state = APPLICATION_DISCONNECT;
​    break;
​    
  case HOST_USER_CLASS_ACTIVE:
​    Appli_state = APPLICATION_READY;
​    break;
​    
  case HOST_USER_CONNECTION:
​    Appli_state = APPLICATION_START;
​    break;
​    
  default:
​    break;
  }
}

  我们还需要轮询USBH_Process函数并处理我们的应用任务，如读写文件操作等。我们在这一函数中，先调用USBH_Process函数，然后根据当前的状态来决定应处理的工作。在这里，我们希望在USB检测到U盘准备好后对齐进行读写操作，所以我们实现如下：

/* USB通讯数据处理 */
void McUsbDataProcess(void)
{
  /* USB 主机过程：应在主循环中调用，运行主机协议栈 */
  USBH_Process(&hUsbHostFS);
  
  switch(Appli_state)
  {
  case APPLICATION_START:
​    {
​      break;
​    }
  case APPLICATION_READY:
​    {
​      MSC_Application();
​      Appli_state = APPLICATION_IDLE;
​      break;
​    }
  case APPLICATION_DISCONNECT:
​    {
​      break;
​    }
  case APPLICATION_IDLE:
​    {
​      break;
​    }
  default:
​    {
​      break; 
​    }
  }
}

  我们实现USB主机库的移植，我们尝试往U盘写一个名为STM32.txt的文件，经测试是成功的，具体如下图：

  上图中，我们创建了一个名为STM32.txt的文本文件，我们进一步像文件中写入一定的字符。我们写入一句话，其结果如下：

  至此，我们可以确定我们的USB主机库移植及大容量存储设备的操作应该是正确的。

4、小结

  在usbh_conf.c和usbh_conf.h文件的实现中已经将硬件接口对象HCD_HandleTypeDef已经连接到了USB主机对象USBH_HandleTypeDef上，所以在应用层面就需要操作USBH_HandleTypeDef对象了。

  在移植测试过程中，我们发现了一个现象。如果在USB HOST库完成软硬件初始化之前就插入U盘，则系统不能完成初始化。等到初始化完成之后插入U盘则操作正常。